学案34电解池金属的电化学腐蚀与防护

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1、学案34电解池金属的电化学腐蚀与防护 高考大纲1 了解电解池的工作原理 能写出电极反应式和总反应方程式 2 理解金属发生电化学腐蚀的原因 金属腐蚀的危害 防止金属腐蚀的措施 考向预测1 理解电解原理及利用电解原理的创新实验设计 2 应用电解原理解决工业 生产 生活中的实际问题 3 理解金属的电化学腐蚀 学会一般的防腐方法 轻松学教材 一 电解原理及电极反应式的书写 1 使电流通过电解质溶液而在阴 阳两极引起氧化 还原反应的过程叫做电解 把电能转变为化学能的装置叫做电解池 在电解池中跟直流电源的负极相连的电极是阴极 在阴极上发生还原反应 跟直流电源的正极相连的电极是阳极 在阳极上发生氧化反应 2

2、 用惰性电极电解CuCl2溶液时 电极反应式为 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 Cu2 2e Cu 总反应 二 离子放电顺序及电解产物的判断 1 阳极产物判断 首先看电极 如果是活性电极 电极材料失电子 电极被溶解 如果是惰性电极 则要看溶液中阴离子的还原性 此时根据阴离子放电顺序加以判断 阴离子的放电顺序为 S2 I Br Cl OH 含氧酸根 F 2 阴极产物的判断 直接根据阳离子的放电顺序判断 常见阳离子的放电顺序是Ag Hg2 Fe3 Cu2 H Pb2 Sn2 Fe2 Zn2 Al3 Mg2 Na Ca2 K 三 电解原理的应用 1 工业上用电解饱和食盐水制造烧碱 氯气和氢气 所以

3、电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业 2 电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法 电镀时 通常把镀件做阴极 镀层金属做阳极 含镀层金属阳离子的溶液做电镀液 3 电解法精炼铜时 纯铜做阴极 粗铜做阳极 CuSO4溶液做电解质溶液 4 由于电解是最强有力的氧化还原手段 所以电解法是冶炼金属的一种重要的方法 适合用电解法冶炼的金属有钠 钙 镁 铝等活泼的金属 四 金属腐蚀及防护措施1 金属腐蚀的类型 1 金属的腐蚀 2 吸氧腐蚀与析氢腐蚀的比较 2 判断金属腐蚀快慢的规律不纯的金属或合金 在潮湿的空气中形成原电池发生电化学腐蚀 活泼金属因被腐蚀而损耗 金属腐蚀的快慢与下列两种

4、因素有关 1 与构成原电池的材料有关 两极材料的活动性差别越大 氧化还原反应的速率越快 活泼金属被腐蚀的速率就越快 2 与金属所接触的电解质强弱有关 活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀 在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀 一般来说可用下列原则判断 电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防腐措施的腐蚀 3 金属腐蚀的防护方法 1 改变金属的组成结构 例如在铁中加入一定比例的铬炼制得铬钢 具有较高的耐腐蚀性 含铬又含镍的不锈钢 其耐腐蚀性更好 2 在金属表面覆盖一层保护层 使金属与周围具有腐蚀性的气体和电解质溶液隔离 便可保护金属 防止金属腐蚀 如

5、在金属表面上喷漆 电镀或覆盖搪瓷 使表面钝化等 3 电化学保护法 如把金属连接在电源的负极上 这样就能消除引起金属腐蚀的原电池反应 也可在金属上铆接比它更活泼的另一种金属 发生金属腐蚀时是较活泼的金属被腐蚀而金属本身受到保护 体验热身 1 2008 全国理综 右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置 通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液 下列实验现象中正确的是 A 逸出气体的体积 a电极的小于b电极的B 一电极逸出无味气体 另一电极逸出有刺激性气味气体C a电极附近呈红色 b电极附近呈蓝色D a电极附近呈蓝色 b电极附近呈红色 答案 D 解析 本题考查电解知识 电解Na2SO4溶

6、液其实质是电解水 a与电源负极相连为电解池的阴极 H2O电离产生的H 在该极获得电子产生H2 同时生成OH 2H2O 2e H2 2OH 产生的OH 与石蕊作用呈蓝色 b与电源正极相连为电解池的阳极 H2O电离产生的OH 在该极失去电子产生O2 同时生成 2 2008 上海化学 取一张用饱和NaCl溶液浸湿的pH试纸 两根铅笔芯做电极 接通直流电源 一段时间后 发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆 内圆为白色 外圈呈浅红色 则下列说法错误的是 A b电极是阴极B a电极与电源的正极相连接C 电解过程中 水是氧化剂D b电极附近溶液的pH变小 答案 D 解析 电解饱和NaCl溶液 阳极生成C

7、l2 Cl2与水反应生成HClO和HCl HClO具有漂白性 盐酸具有酸性 可使pH试纸变红色 HClO又可将红色漂白 故内圆为白色 外圈为红色 可推出a为阳极 A正确 a为阳极与电源正极相连 B正确 电解过程中 H2O得电子 为氧化剂 C正确 b电极附近有OH 生成 pH增大 D错 3 某学生设计了一个 黑笔写红字 的趣味实验 如右图所示 滤纸先用氯化钠 无色酚酞的混合液浸湿 然后平铺在一块铂片上 接通电源后 用铅笔在滤纸上写字 会出现红色字迹 据此 下列叙述正确的是 A 铅笔端做阳极 发生还原反应B 铂片端做阴极 发生氧化反应C 铅笔端有少量的氯气产生D a点是负极 b点是正极 答案 D

8、解析 这是一个按照电解饱和食盐水原理设计的趣味实验 根据电解原理可知电极反应式为 阴极 2H 2e H2 发生还原反应 阳极 2Cl 2e Cl2 发生氧化反应 若要出现 黑笔写红字 的现象 必须是铅笔做阴极 这样铅笔附近产生的OH 会使酚酞变红 A项 B项均错 铅笔为阴极 故应产生氢气 所以C项错误 4 三氧化二镍 Ni2O3 可用于制造高能电池 其电解法制备过程如下 用NaOH调NiCl2溶液pH至7 5 加入适量硫酸钠后进行电解 电解过程中产生的Cl2在弱碱性条件下生成ClO 把二价镍氧化为三价镍 以下说法正确的是 A 可用铁做阳极材料B 电解过程中阳极附近溶液的pH升高C 阳极反应方程

9、式为2Cl 2e Cl2D 1mol二价镍全部转化为三价镍时 外电路中通过了1mol电子 答案 CD 解析 在电解过程中若铁做阳极则Fe被氧化 无法产生Cl2 故A项错 两极反应式分别为阴极 2H 2e H2 阳极 2Cl 2e Cl2 电解过程中阳极Cl2在弱碱性条件下氧化Ni2 时消耗了OH pH下降 B项错 根据得失电子守恒 D项正确 5 2009 唐山模拟 用石墨电极电解含有一定量重水 D2O 的水 H2O 下列说法正确的是 A 相同状况下两电极上产生的气体体积之比为2 1B 两电极上产生的气体质量之比为8 1C 相同状况下两电极上产生的气体体积之比为4 1D 若两电极上产生的气体质量

10、比为16 3 则D2O与H2O的物质的量之比为1 1 答案 AD 解析 阳极 4OH 4e 2H2O O2 或4OD 4e 2D2O O2 阴极 2H 2e H2 或2D 2e D2 故两极产生气体体积之比应为2 1 但其质量之比应介于32 4到32 8即16 2至16 4之间 故选A D 6 将两支惰性电极插入500mLAgNO3溶液中 通电电解 当电解液的pH由6 0变为3 0时 设电解时阴极没有氢析出 且电解液在电解前后体积变化可以忽略 1 写出电极反应式阳极 阴极 2 电极上应析出银的质量是 3 欲使该溶液复原应加入 54mg Ag2O 解析 由题意可知阳极4OH 4e 2H2O O2

11、 OH 来自水的电离 OH 浓度减小 水的电离平衡右移 溶液酸性增强 设阴极上析出银的质量为x 依据电解规律 列出物质间对应关系式为 电解前后溶液中H 的物质的量变化超出100倍 可以忽略电解前溶液中H 的物质的量 所以 由于在两极上 一极析出Ag 另一极放出O2 故欲使其复原 应加入Ag2O 7 甲 乙两池电极材料都是铁棒与碳棒 如图 请回答下列问题 1 若两池中均盛放CuSO4溶液 反应一段时间后 有红色物质析出的是 甲池中的 棒 乙池中的 棒 在乙池中阴极的电极反应式是 C Fe 2 若两池均盛放饱和NaCl溶液 写出乙池中发生总反应的离子方程式 将湿润的淀粉KI试纸放在乙池附近 发现试

12、纸变蓝 待一段时间后又发现蓝色褪去 这是因为过量的Cl2将生成的I2氧化 若反应的Cl2和I2的物质的量之比为5 1 且生成两种酸 该反应的化学方程式为 解析 甲为原电池 乙为电解池 1 两池均放CuSO4溶液时 甲中Fe为负极 Fe 2e Fe2 C为正极 Cu2 2e Cu 故C棒上会析出红色物质Cu 乙中由电子流向可知 Fe为阴极其电极反应式 Cu2 2e Cu C为阳极其电极反应式 4OH 4e 2H2O O2 即在铁棒上会析出红色物质铜 重点探究 电解规律1 以惰性电极电解的几种类型 注意 若阴极为H 放电 则阴极区c OH 增大 若阳极为OH 放电 则阳极区c H 增大 若阴极 阳

13、极同时有H OH 放电 相当于电解水 电解质浓度增大 电解时溶液酸碱性 口诀 为 氢出碱增 氧出酸增 氢氧共出 酸 酸 碱 碱 中 中 若放电的H 或OH 来自于水的电离 则电解方程式要将它们写成 H2O 的形式 电解质溶液恢复原状的办法 少什么加什么 2 书写电极反应式和总反应式的规律必须正确书写原电池和电解池的电极反应式和总的反应式 高考主要从下面三个方面进行考查 1 根据给出两个电极反应式 写总反应式 已知两个电极反应式 写总反应式并不难 只要使两个电极反应式得失电子数相等后 将两式相加 消去相同的化学式即可 2 给出总反应式 写出电极反应式 书写电极反应式的步骤一般分为四步 列物质 标

14、得失 选离子 配电荷 配个数 巧用水 两式加 验总式 3 根据信息给予知识 写电极反应式和总反应式 3 电解时电极产物的判断 1 阴极产物的判断首先看电极 如果是活性电极 金属活动性顺序中Ag以前 则电极材料失电子 电极被溶解 溶液中的阴离子不能失电子 如果是惰性电极 Pt Au 石墨 则要再看溶液中离子的失电子能力 此时根据阴离子放电顺序加以判断 阴离子放电顺序 2 阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序进行判断 阳离子放电顺序 Ag Hg2 Fe3 Cu2 H H 浓度较大时 Pb2 Sn2 Fe2 Zn2 H H 溶液较小时 Al3 Mg2 Na Ca2 K 例1 用惰性电极实现电解 下列

15、说法正确的是 A 电解稀硫酸溶液 实质上是电解水 故溶液pH不变B 电解稀氢氧化钠溶液 要消耗OH 故溶液pH减小C 电解硫酸钠溶液 在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1 2D 电解氯化铜溶液 在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1 1 答案 D 解析 电解稀H2SO4 实质上是电解水 硫酸的物质的量不变 但溶液体积减小 浓度增大 故溶液pH减小 电解稀NaOH溶液 阳极消耗OH 阴极消耗H 实质也是电解水 NaOH溶液浓度增大 故溶液的pH增大 电解Na2SO4溶液时 在阳极发生反应 4OH 4e 2H2O O2 在阴极发生反应 2H 2e H2 由于两电极通过电荷量相等 故放出H

16、2与O2的物质的量之比为2 1 电解CuCl2溶液时 阴极反应为Cu2 2e Cu 阳极反应为2Cl 2e Cl2 两极通过电荷量相等时 Cu和Cl2的物质的量之比为1 1 方法归纳 解答有关电解问题的步骤 首先要判定是否为电解池 有外接直流电源则为电解池 否则不是电解池 对于电解池 首先要考虑阳极材料 若为惰性电极 溶液中的阴离子被氧化 若为金属电极 则被氧化的是电极本身 若溶液中的阴 阳离子有多种 则据离子放电顺序判定什么离子先放电 什么离子后放电 并写出电极反应式 根据电极方程式解答相关问题 类比迁移 1 用石墨做电极电解下列溶液 稀H2SO4 K2SO4溶液 CuCl2溶液 CuSO4溶液 KOH溶液 1 阴极 阳极都有气体产生 且体积比 相同条件下 为2 1的是 填序号 其阳极的电极反应式都是 阴极的电极反应式都是 总反应的化学方程式都是 2 阴极 阳极都有气体产生 其中溶液pH变小的是 pH变大的是 填序号 3 一个电极析出金属 一个电极逸出气体 且溶液pH明显减小的是 填序号 其总反应的化学方程式是 难点探究 与电解相关的计算电化学计算包括两极产物的定量计算 溶液pH计算